天津文化中心工程雨水收集系统概述

杨忠亮 陈少杰 李健

（1天津市建设工程质量安全监督管理总队天津300221 2天津市环境建设投资有限公司天津300381 3河北省水利水电勘测设计研究院天津300250）

0 引言

天津是水资源相对缺乏的城市，人均水资源占有量仅为全国人均水平的1/15（约160m3/人）。近年来天津市的年平均降水量为500mm左右，而全年70%的降水又集中在6-7月份的汛期。随着城市建设的高速发展，城市的马路冲洗、汽车冲洗及绿化浇灌等用水急速加重了水源供应的负担，城市缺水现象也日益严重；可是每年的雨季，暴雨泛滥又给城市排水造成了极大的困难。而雨水收集系统工程是解决这一系列难题的有效办法之一，下面结合天津文化中心工程实例对雨水收集系统进行简述。

1 工程设计概况

天津文化中心工程占地面积约100m2，中央湖区占地10万m2，景观石材铺装28万m2，建筑物主要为6大场馆，南面为博物馆、美术馆、图书馆，北面为乐城购物中心，东面为大剧院，东北面为阳光乐园，中心为人造湖区。

该工程是目前国内最大的雨水收集项目，工程通过结合中心湖区的建设，在区域内通过新建排水沟、雨水收集管道、蓄水模块、紧急溢流、生态净化群落等设施，形成一套具有雨洪收集功能、净化功能、容纳利用功能的综合性雨水系统。

文化中心工程平面图

2 雨水收集系统设计

本工程主要以六大场馆屋面、景观石材铺装及硬化道路做为集水面，以排水明沟、线性排水沟及排水管道作为输水管线，以中央人造湖区为蓄水池。雨水经过集水面收集；经过输水线、入流井、沉降井、沉淀槽过滤沉淀；然后通过蓄水模块滞留调蓄，将流速减慢的水流泵送至生态净化群落，净化过后的雨水直接流入湖中储存，余量排放入市政管网中。

雨水收集与利用系统流程图

3 排水出路设计及系统主要组成

3.1 排水出路设计

博美图项目中部以北区域雨水通过收集处理排入中心湖，以南区域雨水通过收集排入平江道雨水干管内；大剧院全部雨水经过收集处理后排入中心湖区；阳光乐园雨水通过收集排入乐园道雨水干管内；乐城购物中心东部、北部路面及东北部局部屋顶雨水通过收集排入乐园道雨水干管内，其余部分雨水通过收集处理排入中心湖；地下交通枢纽工程项目紧邻乐园道侧雨水排入乐园道雨水管道内，东北角雨水通过雨水管道收集后排入越秀路雨水管道内，其余部分雨水通过收集处理排入中心湖。在汛期降雨过程中，中心湖可以最大限度的承接内排雨水，当降雨结束且湖水位高于2.5m时，湖水分别通过大剧院南、北两侧紧急溢流泵房抽排进入广东路雨水干管内。

3.2 系统主要组成

（1）线性排水沟：包括V型横截面缝隙式排水沟和盖板排水沟，均采用树脂混凝土成品排水沟。滨水步道和步道花园中园路一侧采用100mm内宽缝隙式排水沟，临湖广场部分均采用200mm内宽缝隙式排水沟，建筑侧面和临市政道路部分采用200mm宽盖板排水沟，乐城购物中心北侧采用340mm宽花岗岩盖板与铺装相结合，机动车道部分采用承重级别D400的铸铁盖板排水沟。

（2）排水沟跌水井：配合缝隙式排水沟和盖板排水沟使用的成品跌水检查井，配有专用过滤蓝。

（3）排水沟检查井：直径1000mm的检查井，不仅能够和两侧排水沟相连，而且能够排走其他水。

（4）入流井：为PE成品井，直径600mm，位于铺装或草地最低点，能够将雨水通过镂空的井盖进行收集。

（5）沉淀井：为PE成品井，井口直径600mm，井深直径为1000mm。沉淀的空间需要定时的维护处理。

（6）蓄水模块和模块蓄水沟：安装在地下的蓄水沟由具有构架结构的蓄水模块性拼装而成，每一个箱体紧贴着另一个箱体放置成为连续的空间，箱子外侧包裹的无纺布和防水层保证水的不渗漏且水可以在其中自由流动，水流最后会在控制措施下排到湖里。

（7）沉淀槽：雨水首先进入分水井，然后通过1-5个沉淀槽（槽由DN600的HDPE双壁波纹管特制而成，坡度为-1%的反坡）利用重力使微粒得到分离，进而沉淀到底部。该方法相比传统弃流装置或净化设施更高效。

4 循环净化系统设计及主要组成

自然降雨中一般都会含有高污染物粉尘，而高污染物粉尘会导致水中的有机物浓度升高，从而为藻类等浮游植物的生长提供有力条件，严重时会是湖水溢流并散发异味，因此必须要有一个保障水质良好的循环与净化系统。一方面湖中的水被不断的抽出进行处理；另一方浮游植物的生长和繁殖，很大程度上取决于营养物质，尤其是磷起着至关重要的作用，研究结果表明合格的水质磷含量需要控制在0.03mg/m3以下，然而雨水中的磷含量已经达到0.3mg/m3，所以必须强调雨水在入湖前的处理。

4.1 循环净化系统设计

循环净化目标是水质达到地表水环境质量标准（GB3838-2002）中Ⅲ类水质。中心湖水体通过撇渣器取水点、循环管线以及生态净化群落的流程以400m3/h的流速对湖水进行循环净化。另外处理间的中水处理设备能够对补充的中水在进入生态净化群落和水体之前进行预处理，加药设备对湖体进行生态处理方法以外的加强磷化处理。

4.2 体统主要组成

（1）撇渣器：是安装有浮动挡板的溢流堰的混凝土结构，南北各分布三座。浮动溢流挡板通过一个琴式铰链与撇渣器底板连接在一起。它可以借助风向把水拖拽进来，从而除去水表面漂浮的污物、垃圾和树叶。从撇渣器进来的水收集在撇渣器井中，而粒径大于6mm的污物被不锈钢穿孔围栏筒阻挡分离，可定期对撇渣器进行高压抽吸清理。六个撇渣器中设有2台循环泵（流速200m3/h），通过不锈钢围栏筒的水经撇渣器井后，被抽到DN250管道里，分别通到北侧和南侧的湿地中。

（2）中水处理、加药间、化学除磷管道及喷嘴系统：中水处理与加药间位于博美图项目广场西侧地下，占地约42m2，市政中水补给湖水之前在此进行预处理。中水在进入混合管前通过投加絮凝剂氯化铁溶液（絮凝剂/湖水约20mg/m3）进行絮凝。在混合管中充分混合均匀后，通过砂虑器进行过滤，过滤后的水进入湿地系统进行最终处理。经过一段时间的运行，砂层便滤积很多污染物而令砂滤器的功能减弱，设置反冲洗泵可将砂层滤积的污染物自动排出，这样可令过滤器重新处于最佳工况提高过滤效果。处理间中的加药系统通过一条压力管道与湖中心分布的混合喷嘴相连；混合喷嘴系统通过5个喷嘴向湖中心喷洒氯化铁和石灰水药剂；混合喷嘴的出水量为20m3/h，在入水点以3倍的湖水流量与之混合，从而使絮凝剂高效地散布在湖水中。

（3）生态净化群落：水处理系统中共有两块生态净化群落（湿地），北侧面积1320m2，南侧面积1134m2。水被不锈钢散水板出口分散到滤料表面，通过物理、生物化学效应达到净化，排水管放于湿地底部，并将水排至湖中。由于植物可以很大程度上从水体中去除可供浮游生物摄取的营养物质，因此四分之一的滤床由植物覆盖。正常情况下湿地净化速率400 m3/h，三年一遇降雨情况下流入北侧湿地的雨水量为4320m3/h，南侧湿地为720 m3/h。

（4）岸边过滤床：如果降雨量大于三年一遇的水量时，蓄水沟和雨水泵无法把所有的雨水远送到人工湿地，因此蓄水沟设有紧急溢流管道将雨水直接排入湖体。北岸的漂浮公园将承担溢流雨水入湖前的处理功能，又称为岸边过滤床。

（5）深水抽排系统：在湖底-0.8m的高程上布置了两根DN600的多孔管，他们分别通过两根DN400的管道与紧急溢流泵站相通，在每个泵站中分别各布置了两台188L/S的潜水泵，通过水泵将湖水排放到市政雨水管网。平时积累在湖底的杂质和沉积物可以通过设立在湖底的管道顺利地抽走，利于保持湖体水质；当湖水位高于2.5m时，深水抽排将发挥紧急溢流功能，特别是遇到暴雨时尤其重要。

5 结语

文化中心工程的雨水收集和利用系统无疑是一个成功的案例，它为我们带来诸多设计、施工经验和好处。雨水收集和利用系统不仅可以减轻城市排水的压力、降低雨污合流减轻污水处理的压力，还可以把收集来的雨水通过净化用于日常生活，如冲洗马路、消防灭火、浇灌绿化等。既节约了有限的水源资，保护了环境，同时还可以产生一定的经济回报。我们相信在水资源日益紧张、水污染日益加重的情况下，城市雨水作为补充水源加以利用，势在必行。